1、PDF外文：http:/ 3900 字 出处： Zakaria S. Development of wet-strength paper with dianhydride and diacidJ. Materials chemistry and physics, 2004, 88(2): 239-243. 毕 业 设 计 外 文 文 献 译 文 及 原 文 学
2、 生： 学 号： 院 （系）： 专 业： 轻化工程 指导教师： &nb
3、sp; 2014 年 06 月 16 日 1 湿强纸二酐和二酸的发展 S.Zakaria （马来西亚 Kebangsaan 大学应用物理学院，科技人员） 摘要： 纤维素是造纸的主要组分，纤维素中的羟基易于酸酐通过酯化过程反应生成酯键。在棉纤维中添加酸酐和二酸可获得良好的湿强度。棉纤维中的羟基基团和甲酸二酐的酯化过程在室温下即可发生。然而，二酸与棉纤维反应中因为交联反应的发生需要更高的温度。反应样品的傅里叶变换红外光谱显示波段在 1720cm-1和 1580cm-1，这两 个波段分别是由羰基酯
4、和羧酸盐羰基所致。升高条件温度到 130会导致反应样本的保水值极大地减少。分别用 BTD 和 BTCA 在 110 处理 15 分钟，湿强度发展的百分比分别为 14和 27.7。升高温度超过 110 会导致纤维进一步恶化，因此纤维的干强度降低。 关键词： 纤维素材料， FT-IR（傅里叶变换红外光谱），湿强度，物理性质 1. 介绍 在过去，当纸张专门用来书写，印刷和说明时，湿强纸并没有得到足够的关注。随着纸的应用范围变得越来越广泛，其中一些应用得益于纸张沾湿时具有更大的强度，这一现象愈更加明显。在 20世纪 30 年代末，甲醛被引入造纸业，从此敲开了大量生产
5、湿强纸的大门，因为甲醛中包含诸如湿强树脂类的化合物。湿强纸的应用在面巾纸、手帕纸、盒子、袋子和其他产品的准备中是很重要的，因为这些纸被沾湿的时候需要一定的强度。因纤维素有很多的羟基基团，对于可作为湿强剂的化学品的要求是当纸干的时候，它们也可自己与自己反应形成交联网状结构。交联结构对于纸张湿强度的形成是很重要的，此外交联结构还可以提高纸张的尺寸稳定性。在纺织工业中，交联结构对于织物的耐久性和抗皱性是必要的，还会减少由于能够和水分子相互反应的羟基数目减少而造成的织物 的水分回湿 1。 纤维素改性的典型反应是发生在纤维素羟基上的酯化反应和醚化反应。纤维素与作为活性施胶剂的 ASA 和 A
6、KD 等酸酐的酯化反应已经被许多研究者报道过了 2。这些活性的胶粒作为阳离子乳化剂添加到纸浆中。这些施胶化学品和纤维素纤维的酯化反应需要热处理，热处理发生在造纸过程中的干燥阶段。 ASA 会和纤维素羟基基团中的一个羟基反应形成酯键（通过破坏酸酐环实现），这就是众所周知的 ASA-纤维素半酯。然而， ASA 在水中易水解形成烯基琥珀酸，而 AKD 与纤维素反应时，则形成 AKD-纤维素 酮酯，其在水中会快速水解 生成酮。 BTD 有两个酸酐基团，每个基团加在苯环的每一边，并和纤维素发生酯化。 BTD 在水中会快速水解，水解产物由羧酸基团组成。 BTD 的准备包括邻二甲苯和乙醛的冷凝过
7、程，此过程中要以酸作为催化剂，这个过程会产生 1,1- （ 3,4-二甲苯基）乙烷，产物会被硝酸进一步氧化为 BTA，为了得到 BTD，上述产物需经过脱水处理并进一步内部脱水形成 BTD3,4。 BTCA 形成过程的反应包括顺丁烯二酸酐和二烯烃的 第尔斯 -阿尔德 反应，反应生成四氢邻苯二甲酸酐，然后在 偏钒酸铵 做催化剂的条件下被硝酸氧化 5。 这些化合物应用 于棉纸湿强度发展研究的整个过程。 2. 实验 2 整个实验用的材料都是棉短绒纸浆。 BTD 和 BTCA 由 Aldrich Chemical Co.Ltd 提供，药品均没有经过进一步
8、的净化。 DMF 作为溶剂溶解甲酸二酐和二酸，以备和纤维素进一步反应使用。根据美国制浆造纸技术协会标准方法准备好纸张。 BTD 和 BTCA 不同程度地溶解于 DMF 中，纸张被浸湿同时反应混合物充分卷曲，观察三乙胺的添加量及反应进行的时间。通过将湿纸页放在在两个吸墨纸间除去DMF。并在通风橱中放置一夜风干，然后将经过 BTD 和 BTCA 处理过的纸在不同的温度下 多次进行热处理，从而促进进一步反应。然后由水解作用形成的未反应的酸酐或酸则通过索氏萃取法除去。将剩下的处理过的纸风干并置于 23，相对湿度为 50 的条件下 24 小时。重量增加的百分比通过减去反应样品的增加量处理前的样品和由于湿
9、含量增加的重量计算。傅里叶交换红外光谱是用来分析光谱特性的，分别用漫反射系数和内反射系数分析样品中的纸张和纸粉。一个软件包（简易红外光谱）通常用来分析功能基团的峰值强度。 处理过和未处理过的纸张都要在水中浸泡 24 小时，然后放置于标准的碎解机中碎解至纸张形成浆料悬浮液。浆料悬浮液的量等于 4 克 的绝干纤维。然后用布氏漏斗对悬浮液进行抽滤，同时，要在吸入口放置一个厚垫子，将垫子分成四份，每份 1/4，将布氏漏斗置于一个杯子中，将杯子安装在离心机上，以每分钟 3000 转的速度离心 20 分钟。结束后，将杯子下面收集的水倒掉，再重新安装杯子，重复离心处理 20 分钟。经过离心处理后
10、保留在纸浆中的水是到最近的 0.01克来计算的，通过在烘箱温度为 105时处理 24 小时并称重。保水值是通过用湿样品中的水的重量除以绝干样品的重量来计算的。 处理过和未经处理纸张的抗张强度和零距抗张强度是在电子拉力机上以 20mm/min 的十 字头速度进行测试的。湿纸条要在去离子水中浸泡 1 个小时。一个小时后，将湿条放置于两个干吸墨纸间除去过量的水分，并立即测它们的抗张强度。经过测试后的每个湿条的湿含量都要记录。处理过和未处理过纸张的不透明度测量要用卡尔蔡司光电反射光度计测量。 3. 结果与讨论 当酯化反应发生在二酸和棉纤维间时，羰基会以酯、酸和羧酸盐
11、三种形式存在。图 1 和 2 显示了棉质纸中分别由 NaOH 处理和未处理的 BTCA 傅里叶变换红外光谱。羰基酯波段显示在 1721cm-1 区域处，与羰基键交搭在相同的 17201721cm-1 区域处。然而，羧酸盐 的波段不在这个区域，而是在1584cm-1.处理过的样品经稀释 NAOH 处理后将纸页中的自由羟基转变为羧酸盐，这将会从酯羰基所在的波段 17201585cm 偏移，如图 2.在 70时， BTCA 与棉纤维不反应，然而，提高温度至 110时，会在 1720cm-1（此位置对应着酯羰基和羧基）的位置观察到一个尖峰。进一步提高条件温度至 130，会导致酯羰基波段强度的增大。然而，羧基波段强度则减小，这可能是由于 BTCA 中的羧基基团与棉纤维进一步的酯化作用。这在酯羰基波段的波峰吸收率计算中可以清楚地看出。以波峰 897cm 为例 ，这一峰段是纤维素内部重复单元 -1,4 连接键的特征峰 6，酯羰基和羧酸盐的吸收峰比率计算如表 2
